WO2016060255A1 - 衝撃吸収部材 - Google Patents

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WO2016060255A1
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plate
main body
thickness
absorbing member
metal plate
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靖典 澤
嘉明 中澤
幸一 ▲浜▼田
泰則 伊藤
吉田　博司
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新日鐵住金株式会社
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    • F16F2224/02—Materials; Material properties solids
    • F16F2224/0233—Materials; Material properties solids deforming plastically in operation

Definitions

  • the present invention relates to an impact absorbing member that absorbs an impact load applied in the axial direction by periodic buckling.
  • Shock absorbers are used in transport machines such as automobiles, railways, and ships.
  • the shock absorbing member can absorb the energy of the collision by being deformed by receiving an impact load at the time of the collision, and accordingly, the safety of the occupant can be secured.
  • Examples of such a shock absorbing member include an automobile skeleton member and a crash box.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing the arrangement of a skeleton member and a crash box in an automobile.
  • a front side member 2, a rear side member 3, and a side sill 7 are disposed on the side of the automobile. All of these members are provided along the longitudinal direction of the automobile.
  • the front side member 2 is arranged at the front part of the side part of the automobile
  • the rear side member 3 is arranged at the rear part of the side part of the automobile
  • the side sill 7 is arranged at the middle part of the side part of the automobile.
  • a floor is provided in the middle part of the car in the front-rear direction.
  • Floor cross members (4, 4 ') are arranged on the floor, and the floor cross members (4, 4') extend in the width direction of the automobile.
  • the crash box (1a, 1b) is arranged at the tip of the frame composed of the above-mentioned skeleton member. More specifically, the first crash box 1 a is provided at the front end of the front side member 2, and the second crash box 1 b is provided at the rear end of the rear side member 3.
  • the frame members such as the front side member 2, the rear side member 3, the side sill 7 and the floor cross member (4, 4 '), and the crash box (1a, 1b) may be loaded in the axial direction at the time of a collision. is there.
  • the impact load is absorbed by buckling and deforming such members so as to contract in a bellows shape in the axial direction.
  • Such an impact absorbing member can be produced by bending or lap welding a metal plate as a material.
  • the impact absorbing member produced from the metal plate is cylindrical. That is, the shape in a cross section perpendicular to the axial direction is closed. For this reason, the inside of the shock absorbing member is hollow.
  • Patent Document 1 describes a crash box.
  • the crush box includes an intermediate plate that extends horizontally so as to partition the hollow region up and down near the center in the vertical direction of the hollow cross section.
  • the intermediate plate By providing the intermediate plate, the crash box is prevented from buckling and collapsing at the time of collision, and is prevented from being bent.
  • the members (first member and second member) forming the hollow cross section and the third member forming the intermediate plate have the same thickness of the metal plates.
  • Patent Document 2 also describes a crash box.
  • the crash box is disposed between the front side member and the bumper member on the vehicle front side.
  • the crash box includes a cylindrical box main body and a reinforcement for connecting a pair of opposing wall portions of the box main body facing each other. If the reinforcement is provided in the hollow portion of the box body as described above, when the performance of the crash box is set to the target performance, the desired performance can be set depending on the shape and size of the reinforcement.
  • no consideration is given to the thickness of the metal plate used for the box body and the reinforcement.
  • the impact absorbing member may be made from a metal plate.
  • the shape in the cross section perpendicular to the axial direction is closed, for example, a polygonal shape.
  • the inside of the shock absorbing member is hollow.
  • a shock absorbing member manufactured from such a metal plate as a method of ensuring axial crushing performance, if the cross-sectional shape is rectangular, the width Wp of the straight portion on the short side (see FIG. 2B described later)
  • a method of reducing the ratio (Wp / t) between the unit (mm) and the plate thickness t (mm) can be employed.
  • the buckling wavelength is shortened by reducing Wp / t, and the energy absorbed by the shock absorbing member can be increased.
  • a method of increasing the total cross-sectional area of the ridge line connecting the sides can be adopted.
  • the buckling load is increased and the buckling behavior is stabilized, so that the energy absorbed by the shock absorbing member can be increased.
  • Patent Documents 1 and 2 describe providing a metal plate material such as an intermediate plate or reinforcement along the axial direction in the hollow portion.
  • the metal plate material forming the hollow portion is also referred to as “main body”, and the metal plate material provided in the hollow portion along the axial direction is also referred to as “medium plate”.
  • the shock absorbing member is constituted by the main body and the middle plate
  • the middle plate can assist the absorption of energy by the main body. For this reason, the absorbed energy of the impact absorbing member can be increased, and it is effective, for example, in the impact absorbing member of a large vehicle.
  • the shock absorbing member is composed of a main body and an intermediate plate
  • the main body mainly absorbs energy and the intermediate plate auxiliary.
  • the thickness of the intermediate plate is thinner than the thickness of the main body.
  • the thickness of the middle plate is the same as the thickness of the main body.
  • the impact absorbing member is required to be reduced in weight while ensuring the absorbed energy.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an impact absorbing member that can be reduced in weight while securing absorbed energy.
  • the present inventors diligently studied a method for reducing the weight of the shock absorbing member while ensuring the absorbed energy.
  • the thickness of the main body In order to reduce the weight of the shock absorbing member, it is conceivable to reduce the thickness of the main body. However, generally, if the thickness of the main body is reduced, when the impact absorbing member receives an impact load, the deformation is governed by out-of-plane deformation (deformation toward the outside of the closed cross section), and the impact absorption energy is reduced. .
  • the middle plate of the shock absorbing member is appropriately designed, it is possible to generate buckling deformation with different phases on both sides of the middle plate, to reduce the amplitude of deformation, and to shorten the wavelength. I found out.
  • the buckling is dominant in the deformation when the shock absorbing member receives an impact load, and as a result, not only the absorbed energy of the shock absorbing member increases, but also the absorbed energy per unit mass can be increased. it can. Accordingly, it has been found that even when the thickness of the main body is reduced, the absorbed energy can be secured, and the weight can be reduced while securing the absorbed energy.
  • the present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the gist thereof is as follows.
  • An impact absorbing member that absorbs an impact load applied in the axial direction, wherein the impact absorbing member is formed of a metal plate, and a main body having a polygonal shape in a cross section perpendicular to the axial direction; And a middle plate provided along the axial direction in a hollow portion in the main body, the polygonal shape of the main body has a pair of long sides facing each other, and the middle plate is An impact-absorbing member that is bonded to each of the long sides of the polygonal shape of the main body, has a thickness of the main body of 2 mm or less, and a thickness of the intermediate plate is larger than a thickness of the main body.
  • the main body is composed of a single metal plate, the intermediate plate is joined to each of the long sides of the polygonal shape of the main body by overlap welding, and both of the pair of long sides are
  • the distances d1a (mm) and d1b (mm) along the width direction of the long side from the thickness center of the middle plate at the center position in the width direction of the plate to both end points of the long side satisfy the following expression (3).
  • the impact-absorbing member according to any one of [1] to [4], wherein 0.5 ⁇ d1a / d1b ⁇ 2 (3)
  • the main body includes a first metal plate that is a part of the polygonal shape and a second metal plate that is a remaining part of the polygonal shape, and the first metal plate and the second metal plate.
  • the metal plate is joined by overlap welding with the middle plate at each of the long sides of the polygonal shape, and each of the pair of long sides is the thickness center of the middle plate at the center position in the width direction of the middle plate.
  • the shock absorbing member of the present invention buckling deformation having different phases occurs on both sides of the intermediate plate, and the wavelength of the deformation is reduced as the amplitude of the deformation decreases.
  • the absorbed energy of the impact absorbing member increases, but also the absorbed energy per unit mass can be increased. Therefore, even when the thickness of the main body is reduced, the absorbed energy can be secured, and the weight can be reduced while securing the absorbed energy.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an arrangement of a skeleton member and a crash box in an automobile.
  • 2A and 2B are schematic views showing a configuration example of the impact absorbing member of the present invention, where FIG. 2A is a front view, and FIG. 2B is a cross-sectional view along AA.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of the main body and the absorbed energy per unit mass when the thickness of the intermediate plate is changed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example in the case where the main body is made of a single metal plate.
  • FIG. 4 (a) shows that the straight portion of the intermediate plate is not perpendicular to the long side of the main body. A configuration example is shown, and FIG.
  • FIG. 4B shows a configuration example in which the main body has a trapezoidal shape.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example when the main body is made of two metal plates.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the load and the displacement (axial displacement) in the example.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the displacement in the X direction on the long side surface of the shock absorbing member in Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • FIG. 8 is a diagram showing the displacement in the X direction on the long side surface of the impact absorbing member in the present invention example 1 and the comparative example 2.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the shock absorbing member of the present invention, where (a) is a front view and (b) is a cross-sectional view along AA.
  • the impact absorbing member 10 shown in FIG. 2 includes a main body 20 and an intermediate plate 30.
  • the main body 20 has a polygonal shape in a cross section perpendicular to the axial direction.
  • the main body 20 shown in FIG. 2B has a quadrangular cross-sectional shape.
  • the main body 20 has a closed cross-sectional shape and is cylindrical.
  • Each side of the polygonal shape is a straight line, and is connected to adjacent sides by a circular arc.
  • the polygonal shape has a pair of long sides that face each other.
  • the long side means the longest side among the polygonal sides.
  • the first long side 20a and the second long side 20b correspond to a pair of long sides.
  • the first long side 20a and the second long side 20b are longer than the other sides.
  • the metal plate does not need to be continuous, and may include a connection part in the middle.
  • the 2nd long side 20b consists of a continuous metal plate, as for the 1st long side 20a, the metal plate is not continuing on a long side and includes a connection part in the middle.
  • the polygonal shape of the present invention may have such a configuration.
  • the intermediate plate 30 is provided in the hollow part in the main body 20 along the axial direction.
  • the intermediate plate 30 has two edge portions to be joined to the main body 20 and linear portions provided between the two edge portions, and both the edge portions and the linear portion are connected by arcs. Is done.
  • the intermediate plate 30 is joined to the long sides (20a, 20b) of the polygonal shape of the main body.
  • the main body 20 is provided so as to extend from the middle of the polygonal first long side 20a to the middle of the second long side 20b.
  • both edges of the intermediate plate 30 are overlapped with the main body 20 in the middle of the polygonal first long side 20a and the middle of the polygonal second long side 20b. Welded.
  • the thickness of the main body 20 is 2.3 mm or less, and the thickness of the intermediate plate 30 is larger than the thickness of the main body 20.
  • the thickness of the intermediate plate 30 By making the thickness of the intermediate plate 30 thicker than the thickness of the main body 20, it is possible to suppress the out-of-plane deformation of the main body when an impact load is applied to the shock absorbing member and to cause continuous buckling deformation. Even if the thickness of the main body 20 is reduced, the absorbed energy can be increased.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of the main body and the absorbed energy per unit mass when the thickness of the intermediate plate is changed.
  • the test was performed in accordance with the inventive examples of the examples described later.
  • board thickness of the intermediate plate was 1 mm
  • the test was done based on the comparative example 1 of the below-mentioned Example.
  • the test was performed in accordance with Comparative Example 2 of an example described later without providing the intermediate plate.
  • the plate thickness of the main body was changed in the range of 0.8 to 2.0 mm.
  • the absorbed energy per unit mass changes depending on the thickness of the intermediate plate. Specifically, the larger the thickness of the intermediate plate, the larger the absorbed energy per unit mass. That is, if the thickness of the intermediate plate is increased, the absorbed energy per unit mass can be improved.
  • the thickness of the main body and the intermediate plate may be determined in consideration of the balance between the increase in mass and the improvement of absorbed energy. Considering the balance between the increase in mass and the improvement in absorbed energy, it is preferable that the plate thickness t1 of the main body and the plate thickness t2 of the intermediate plate satisfy the following formula (1).
  • the impact absorbing member of the present embodiment absorbs an impact load by periodic buckling deformation that contracts in a bellows shape in the axial direction.
  • the long side (surface, reference numerals: 20a, 20b) of the main body including the joint portion (overlap weld portion) with the intermediate plate is the long side (surface).
  • X direction in FIG. 2 In a direction perpendicular to the X direction (X direction in FIG. 2), and deformed in a bellows shape.
  • FIG. 7 is a diagram showing displacement in the X direction on the long side surface of the conventional shock absorbing member, and is a diagram showing test results of Comparative Example 1 described later.
  • the plate thickness of the main body was 0.8 mm
  • the plate thickness of the intermediate plate was 1.0 mm
  • the plate thickness of the main body and the plate thickness of the intermediate plate were approximately the same.
  • FIG. 7 also shows the test results of Comparative Example 2.
  • Comparative Example 2 is an example in which no intermediate plate is provided.
  • the displacement in the X direction shown in FIG. 7 is a displacement on the long side surface, and shows the both sides of the middle plate (P1 and P2 in FIG. 2A) among the long side surfaces.
  • the waveform (buckling period) due to displacement is in phase on both sides (P1, P2) of the middle plate.
  • the plate thickness of the intermediate plate is thinner than or equal to the plate thickness of the main body.
  • the rigidity of the intermediate plate is lower than the rigidity of the main body, and as a result, the waveform due to the displacement is in phase on both sides of the intermediate plate.
  • the middle plate is deformed so as to follow the long side surface of the main body. For this reason, in the conventional impact-absorbing member, a wavelength becomes comparable as the case where the intermediate board is not provided (comparative example 2 of FIG. 7). As a result, the absorption energy increases by providing the intermediate plate, but the absorption energy per unit mass does not substantially change.
  • the thickness of the main plate is 0.8 mm and the thickness of the middle plate is 1.0 mm. Strictly speaking, the thickness of the middle plate is slightly larger than the thickness of the main plate. As described above, the deformation behavior when the thickness of the intermediate plate is about the same as the thickness of the main body is omitted, but the test results are omitted, but the conventional shock absorbing member, that is, the thickness of the intermediate plate is compared with the thickness of the main body. And the case where the thickness of the middle plate is the same as the thickness of the main body.
  • FIG. 8 is a diagram showing the displacement in the X direction in the shock absorbing member according to the present invention, and is a diagram showing the test results of Example 1 of the present invention described later.
  • the plate thickness of the main plate was 0.8 mm
  • the plate thickness of the intermediate plate was 2.0 mm
  • the plate thickness of the intermediate plate was thicker than the main body.
  • FIG. 8 also shows the test results of Comparative Example 2.
  • Comparative Example 2 is an example in which no intermediate plate is provided.
  • the displacement in the X direction shown in FIG. 8 is the displacement on the long side surface of the main body, and shows the both sides (P1 and P2 in FIG. 2A) of the middle plate among the long side surfaces.
  • the shock absorbing member of this embodiment a part of the waveform due to the displacement is in opposite phase on both sides of the middle plate. This is because in the shock absorbing member of the present embodiment, the thickness of the intermediate plate is thicker than the thickness of the main body, so that the rigidity of the intermediate plate is high.
  • the intermediate plate is deformed so as to follow the long side surface of the main body, but the deformation is greatly reduced.
  • the long side surface of the main body can be independently deformed on both sides of the intermediate plate.
  • a part of the long side surface of the main body is deformed so as to be in opposite phases on both sides of the middle plate.
  • the amplitude of the waveform due to the displacement becomes smaller and the wavelength becomes shorter. From these, the impact absorbing member of the present embodiment can increase the absorbed energy per unit mass as well as increase the absorbed energy.
  • the shock absorbing member of this embodiment can also increase the absorbed energy per unit mass, the absorbed energy can be ensured even when the thickness of the main body is reduced. For this reason, it is possible to reduce the weight while securing the absorbed energy.
  • the plate thickness t1 of the main body 20 and the plate thickness t2 of the intermediate plate 30 satisfy the equation (1), that is, if the plate thickness t2 is equal to or greater than (1.3 ⁇ t1), the rigidity of the intermediate plate relative to the main body is increased. It can be secured. For this reason, the deformation behavior described with reference to FIG. 8 occurs, and not only the absorbed energy increases, but also the absorbed energy per unit mass can be increased. From the viewpoint of improving the effect of increasing the absorbed energy per unit mass, the plate thickness t2 is preferably (1.4 ⁇ t1) or more, and more preferably (1.5 ⁇ t1) or more.
  • the plate thickness t2 is preferably (8 ⁇ t1) or less, and more preferably (5 ⁇ t1) or less.
  • the thinner the main body the greater the effect that the absorbed energy per unit mass is improved by increasing the thickness of the intermediate plate.
  • the plate thickness of the main body is preferably 2.3 mm or less, more preferably 2.0 mm or less, and even more preferably 1.6 mm or less.
  • the main body has a polygonal shape in a cross section perpendicular to the axial direction.
  • it can be a quadrangular shape as in the configuration example described above.
  • a quadrangular shape a rectangular shape, a trapezoidal shape, or a parallelogram shape may be used.
  • it can be made into polygonal shapes other than square shape, for example, is good also as hexagonal shape.
  • the long side width W1 (mm) preferably satisfies the following expression (2) (see FIG. 2B).
  • the “long side width W1” means the length of a linear portion excluding the ridge line portion.
  • the middle plate is joined to each of the pair of long sides of the main body. If the width W1 of these long sides is 20 or more in the ratio (W1 / t1) with respect to the plate thickness t1 of the main body, each of the long side surfaces of the main body is independently formed on both sides of the middle plate. A sufficient width for deformation can be secured. For this reason, the effect of increasing the absorbed energy per unit mass according to the present embodiment is stabilized. From the viewpoint of further stabilizing the effect, W1 / t1 is more preferably 25 or more.
  • W1 / t1 exceeds 200, the effect of increasing the absorbed energy per unit mass is saturated. For this reason, it is preferable that W1 / t1 is 200 or less.
  • the joining of the main body and the intermediate plate can be performed by various methods as long as the main body and the intermediate plate can be integrally deformed without being separated at the time of a collision, for example, overlay welding can be adopted. In this case, for example, continuous welding or spot welding at a predetermined pitch can be employed.
  • the main body can be made from a single metal plate, for example.
  • the metal plate may be bent so that the cross section has a polygonal shape, and as shown in FIG.
  • the pair of long sides (20a, 20b) are both the middle plate 30 at the center position in the width direction of the middle plate 30.
  • the distances d1a (mm) and d1b (mm) along the width direction of the long sides (20a, 20b) from the plate thickness center C to both end points of the long sides (20a, 20b) satisfy the following formula (3). Is preferred.
  • D1a (mm) and d1b (mm) will be described with reference to a configuration example in which the linear portion of the intermediate plate is not perpendicular to the long side of the main body and a configuration example in which the main body is trapezoidal.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example when the main body is made of a single metal plate
  • FIG. 4A is a configuration in which the straight portion of the intermediate plate is non-perpendicular to the long side of the main body.
  • (b) is a configuration example in which the main body has a trapezoidal shape.
  • the cross-sectional shape of the main body 20 is rectangular.
  • middle board 30 the linear part is non-perpendicular with respect to the long side of a main body.
  • the main body has a trapezoidal shape
  • the intermediate plate 30 has a linear portion that is non-perpendicular to the long side of the main body.
  • the distance d1a and the distance d1b are long sides from the thickness center C of the middle plate 30 at the center position in the width direction of the middle plate 30. This is the distance to both end points of (20a, 20b). Both the distance d1a and the distance d1b are distances in the width direction of the long sides (20a, 20b). In other words, the distance d1a and the distance d1b are perpendicular to the thickness center line of the long side (20a, 20b) from the thickness center C of the middle plate 30 at the center position in the width direction of the middle plate 30. This is the linear distance from the intersection of the side (20a, 20b) with the thickness center line to the end points of the long side (20a, 20b).
  • the center position in the width direction of the middle plate means the center position in the width direction of the linear portion in the middle plate.
  • the “long-side end point” means an end point of a linear portion excluding the ridge line portion.
  • the distances (d1a, d1b) related to the long side of the main body are all suitable, and the long side surface of the main body is deformed independently on both sides of the middle plate. A sufficient width can be secured. For this reason, the effect of increasing the absorbed energy per unit mass according to the present embodiment is stabilized.
  • the main body can also be manufactured by laminating and welding two metal plates.
  • the thickness of the two metal plates may be different.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example when the main body is made of two metal plates.
  • a main body 20 shown in FIG. 5 includes a first metal plate 21 and a second metal plate 22.
  • the first metal plate 21 is a part of a polygonal shape
  • the second metal plate 22 is a remaining polygonal shape.
  • the main body 20 is divided into two parts, a first metal plate 21 and a second metal plate 22, in the middle of each long side (20 a, 20 b), that is, at a portion where the intermediate plate 30 is welded.
  • the first metal plate 21 and the second metal plate 22 of the main body are welded together with the intermediate plate 30 at the portion to be overlap welded.
  • the two metal plates Any of these plate thicknesses must satisfy the formula (1).
  • the thickness t2 of the middle plate is preferably (1.4 ⁇ t1) or more, and (1.5 ⁇ t1) or more, for any of the two metal plates of the main body. More preferred.
  • the thickness t2 of the middle plate is preferably (8 ⁇ t1) or less, more preferably (5 ⁇ t1) or less, for any of the two metal plates of the main body.
  • board thickness of any of two metal plates is 2.3 mm or less, and it is more preferable that it is 1.6 mm or less.
  • the distance d3a (mm) and the distance d3b (mm) of the pair of long sides (20a, 20b) satisfy the following expression (4).
  • the distance d3a is a distance from the thickness center of the middle plate 30 at the center position in the width direction of the middle plate 30 to the end points of the long sides (20a, 20b) of the first metal plate 21.
  • the distance d3b is a distance from the thickness center of the intermediate plate 30 at the center position in the width direction of the intermediate plate 30 to the end points of the long sides (20a, 20b) of the second metal plate 22.
  • These distances d3a and d3b are both distances in the width direction of the long sides (20a, 20b) (see FIG. 5).
  • the distances (d3a, d3b) relating to the long side of the main body become suitable, and the long side surface of the main body is deformed independently on both sides of the middle plate. A sufficient width can be secured. For this reason, the effect of increasing the absorbed energy per unit mass according to the present embodiment is stabilized.
  • the metal plate used for the main body is not particularly limited.
  • a steel plate having a tensile strength of 780 MPa or more is used as the main body, it is advantageous in terms of strength when used as an impact absorbing member for automobiles, and it is further advantageous to use a steel plate having a tensile strength of 980 MPa or more.
  • the metal plate used for the intermediate plate is not particularly limited.
  • the use of a metal plate having a Young's modulus of 180 GPa or more as the intermediate plate is preferable for suppressing out-of-plane deformation of the main body.
  • the shock absorbing member of this embodiment can be used as a shock absorbing member in a transport machine such as an automobile, a railroad, or a ship. More specifically, if it is used as a shock absorbing member for an automobile, it can be used for a crash box or a skeleton member. In the case of a skeleton member, it can be used for a front side member, a rear side member, a side sill, or a floor cross member.
  • the impact absorbing member having the shape shown in FIG. 2 is dropped from a height of 13.8 m while a collision body having a mass of 700 kg is dropped in a state where the axial direction is arranged along the vertical direction. It was made to collide with one end. At that time, the axial load and the axial displacement of the collision object were calculated, and the relationship between the load and the displacement was obtained. Moreover, about one of the long side surfaces of the impact absorbing member after the impact test, a displacement in a direction (X direction) perpendicular to the surface including the welded portion was obtained. The displacement in the X direction was obtained on both sides of the intermediate plate, specifically, at the P1 and P2 positions in FIG.
  • the impact absorbing member 10 has an axial length of 300 mm.
  • the main body 20 had a rectangular cross-sectional shape.
  • W1 was 128 mm
  • d1a was 56.6 mm
  • d1b was 83.4 mm
  • the distance between the opposing long sides was 70 mm.
  • each of the ridge lines connecting the long side and the short side of the rectangular shape was an arc having a radius of 6 mm.
  • the middle plate 30 was provided so that a portion of the middle plate 30 arranged in parallel with the short side of the main body 20 was located at the center of the opposed short sides.
  • steel plates having a tensile strength of 980 MPa class were used as the main body 20 and the intermediate plate 30.
  • the boundary between the main body 20 and the intermediate plate 30 is set with boundary conditions that simulate spot welding. More specifically, the boundary conditions are set by simulating the case where spot welding with a diameter of 5 mm is performed at a pitch of 45 mm. .
  • the plate thickness of the main body 20 was 0.8 mm, and the plate thickness of the intermediate plate 30 was 2 mm.
  • the thickness of the main body 20 was 0.8 mm
  • the thickness of the middle plate 30 was 1 mm.
  • the thickness of the main body 20 was set to 0.8 mm without providing the intermediate plate 30.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the load and displacement (axial displacement) in the example.
  • the load (kN) is shown as a load per unit mass (kN / kg).
  • the load is the same in the present invention example and the comparative example, but when the displacement is 10 mm or more, the load of the present invention example is compared. Higher than in Examples 1 and 2. That is, it was revealed that the impact absorbing member of this embodiment is excellent in energy absorption efficiency.
  • FIG. 7 is a diagram showing the displacement in the X direction on the long side surface of the impact absorbing member in Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • FIG. 7 From FIG. 7, in Comparative Example 1, the waveform due to the displacement was in phase on both sides of the middle plate. Moreover, in the comparative example 1, the wavelength became comparable as the comparative example 2 which does not provide an intermediate plate.
  • FIG. 8 is a view showing the displacement in the X direction on the long side surface of the impact absorbing member in the present invention example 1 and the comparative example 2. From FIG. 8, in the example of the present invention, a part of the waveform due to the displacement has an opposite phase on both sides of the middle plate. Moreover, compared with the case where the intermediate plate is not provided (Comparative Example 2 in FIG. 8), the amplitude is reduced and the wavelength is shortened.
  • the impact absorbing member of this embodiment As described above, in the impact absorbing member of this embodiment, buckling deformation having different phases occurs on both sides of the intermediate plate, and the wavelength of the deformation is reduced as the amplitude of the deformation is reduced. Thereby, it has confirmed that the impact-absorbing member of this embodiment was excellent in energy absorption efficiency.
  • the impact absorbing member of the present invention can be reduced in weight while ensuring absorbed energy. For this reason, if it applies to a crash box or a frame member of an automobile, it can greatly contribute to an improvement in fuel consumption.

Abstract

　吸収エネルギーを確保しつつ軽量化できる、軸方向に負荷される衝撃荷重を周期的な座屈によって吸収する衝撃吸収部材１０あって、衝撃吸収部材１０は、金属板から構成され、軸方向と垂直な断面での形状が多角形状である本体２０と、金属板から構成され、本体内の中空部に軸方向に沿って設けられる中板３０とを備え、本体２０の多角形状は、互いに対向する一対の長辺（２０ａ、２０ｂ）を有し、中板３０は、本体２０の多角形状の各長辺（２０ａ、２０ｂ）に接合され、本体２０の板厚ｔ１（ｍｍ）および中板３０の板厚ｔ２（ｍｍ）が１．３×ｔ１≦ｔ２を満足する。

Description

衝撃吸収部材
　本発明は、軸方向に負荷される衝撃荷重を周期的な座屈によって吸収する衝撃吸収部材に関する。
　自動車や鉄道、船舶等の輸送機械では、衝撃吸収部材が用いられる。その衝撃吸収部材は、衝突時に衝撃荷重を受けて変形することによって衝突のエネルギーを吸収でき、これに伴って乗員の安全を確保できる。このような衝撃吸収部材として、例えば、自動車の骨格部材やクラッシュボックスがある。
　図１は、自動車における骨格部材およびクラッシュボックスの配置を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、自動車の側部には、フロントサイドメンバー２、リアサイドメンバー３及びサイドシル７が配置されている。これらの部材は、いずれも、自動車の前後方向に沿って設けられる。フロントサイドメンバー２は自動車の側部のうちの前部に、リアサイドメンバー３は自動車の側部のうちの後部に、サイドシル７は自動車の側部のうちの中間部に配置される。
　自動車の前後方向の中間部には、床（フロア）が設けられる。そのフロアには、フロアクロスメンバー（４、４’）が配置され、フロアクロスメンバー（４、４’）は自動車の幅方向に延びる。
　クラッシュボックス（１ａ、１ｂ）は、上述の骨格部材で構成されるフレームの先端に配置される。より具体的には、第１のクラッシュボックス１ａがフロントサイドメンバー２の前端に設けられ、第２のクラッシュボックス１ｂがリアサイドメンバー３の後端に設けられる。
　これらのフロントサイドメンバー２、リアサイドメンバー３、サイドシル７及びフロアクロスメンバー（４、４’）といった骨格部材、並びに、クラッシュボックス（１ａ、１ｂ）は、衝突時にそれらの軸方向に負荷される場合がある。この場合、それらの部材が軸方向に蛇腹状に縮むように座屈変形することにより、衝撃荷重を吸収する。
　このような衝撃吸収部材は、材料である金属板を曲げや重ね合わせ溶接することによって作製できる。金属板から作製される衝撃吸収部材は、筒状である。すなわち、軸方向と垂直な断面での形状が閉じている。このため、衝撃吸収部材は、その内部が中空である。
　衝撃荷重を周期的な座屈によって吸収する衝撃吸収部材に関し、従来から種々の提案がなされている。
　特許文献１には、クラッシュボックスが記載されている。そのクラッシュボックスは、中空断面を形成する部材に加え、中空断面の上下方向の中央付近で中空領域を上下に仕切るように水平状に延びた中板を備える。中板を備えることにより、クラッシュボックスが衝突時に座屈して潰れずに、折れ曲がるのが抑制されるとしている。その構成例では、中空断面を形成する部材（第１の部材、第２の部材）および中板を構成する第３の部材は、それらの金属板の板厚がいずれも同じである。
　特許文献２にも、クラッシュボックスが記載されている。そのクラッシュボックスは、フロントサイドメンバーとその車両前方側のバンパメンバーとの間に配置される。また、クラッシュボックスは、筒状のボックス本体と、ボックス本体の互いに対向した一対の対向壁部を連結するリンフォースとを備える。このようにボックス本体の中空部にリンフォースを設ければ、クラッシュボックスの性能を目標とする性能に設定する場合、リンフォースの形状や大きさによって所望の性能に設定できるとしている。この特許文献２では、ボックス本体及びリンフォースに用いられる金属板の板厚について、何ら検討されていない。
特許４７６６４２２号公報 特許５１６８４７７号公報
　衝撃吸収部材は、前述のとおり、金属板から作製される場合がある。この場合、軸方向と垂直な断面での形状は、閉じており、例えば、多角形状である。このため、衝撃吸収部材は、その内部が中空である。
　このような金属板から作製される衝撃吸収部材において、軸圧潰性能を確保する方法として、断面形状が矩形状であれば、短辺の直線部の幅Ｗｐ（後述の図２（ｂ）参照、単位：ｍｍ）と板厚ｔ（ｍｍ）との比（Ｗｐ／ｔ）を小さくする方法を採用できる。この方法では、Ｗｐ／ｔを小さくすることによって座屈波長が短くなり、衝撃吸収部材の吸収エネルギーを増加させることができる。
　また、辺と辺とを繋ぐ稜線部の断面積の合計を増加させる方法も採用できる。この方法では、座屈荷重が高くなるとともに座屈挙動が安定し、衝撃吸収部材の吸収エネルギーを増加させることができる。
　一方、特許文献１及び２には、中空部に軸方向に沿って、中板やリンフォースといった金属板材を設けることが記載されている。以下では、中空部を形成する金属板材を「本体」ともいい、中空部に軸方向に沿って設けられる金属板材を「中板」ともいう。
　このように、衝撃吸収部材を本体及び中板で構成すれば、本体によるエネルギーの吸収を中板が補助することが可能となる。このため、衝撃吸収部材の吸収エネルギーを大きくすることができ、例えば、大型車の衝撃吸収部材において有効である。
　衝撃吸収部材を本体及び中板で構成する場合、エネルギーの吸収を主に本体が担い、補助的に中板が担う。このため、中板の板厚は、本体の板厚より薄い。あるいは、特許文献１の構成例で示されるように、中板の板厚は、本体の板厚と同じである。
　ところで、自動車では、燃費向上の観点から、部品の軽量化が要求されている。このため、衝撃吸収部材では、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化することが要求されている。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化できる衝撃吸収部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、衝撃吸収部材を、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化する方法について、鋭意検討した。
　衝撃吸収部材を軽量化するためには、本体の板厚を薄くすることが考えられる。しかしながら、一般的に本体の板厚を薄くすれば、衝撃吸収部材が衝撃荷重を受けた場合、変形は面外変形（閉じた断面の外側に向かう変形）に支配され、衝撃吸収エネルギーは小さくなる。
　本発明者らの検討の結果、衝撃吸収部材の中板を適切に設計すれば、中板の両側で位相が異なる座屈変形を発生させ、変形の振幅を小さく、波長を短くできることが可能であることを見出した。これにより、衝撃吸収部材が衝撃荷重を受けた場合の変形は座屈が支配的となり、その結果、衝撃吸収部材の吸収エネルギーが増加するのみならず、単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させることができる。したがって、本体の板厚を薄くした場合でも、吸収エネルギーを確保することができ、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化を行うことが可能となることが分かった。
　本発明は上記の知見に基きなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
　［１］軸方向に負荷される衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部材あって、上記衝撃吸収部材は、金属板から構成され、上記軸方向と垂直な断面での形状が多角形状である本体と、金属板から構成され、上記本体内の中空部に前記軸方向に沿って設けられる中板とを備え、上記本体の上記多角形状は、互いに対向する一対の長辺を有し、上記中板は、上記本体の上記多角形状の各長辺に接合され、上記本体の板厚が２ｍｍ以下であり、上記中板の板厚が上記本体の板厚よりも厚いことを特徴とする衝撃吸収部材。
　［２］前記本体の板厚が２．３ｍｍ以下であることを特徴とする前記［１］の衝撃吸収部材。
　［３］前記本体の板厚ｔ１（ｍｍ）、前記中板の板厚ｔ２（ｍｍ）が下記（１）式を満足することを特徴とする前記［１］又は［２］の衝撃吸収部材。
　　１．３×ｔ１≦ｔ２　・・・（１）
　［４］前記一対の長辺は、いずれも、前記長辺の幅Ｗ１（ｍｍ）が下記（２）式を満足することを特徴とする前記［１］～［３］のいずれかの衝撃吸収部材。
　　Ｗ１／ｔ１≧２０　・・・（２）
　［５］前記本体は、１枚の金属板からなり、前記中板は、前記本体の前記多角形状の各長辺に重ね合わせ溶接によって接合され、前記一対の長辺は、いずれも、前記中板の幅方向の中央位置における前記中板の板厚中心から前記長辺の両端点までの前記長辺の幅方向に沿う距離ｄ１ａ（ｍｍ）及びｄ１ｂ（ｍｍ）が下記（３）式を満足することを特徴とする前記［１］～［４］のいずれかの衝撃吸収部材。
　　０．５≦ｄ１ａ／ｄ１ｂ≦２　・・・（３）
　［６］前記本体は、前記多角形状の一部となる第１の金属板、及び、前記多角形状の残部となる第２の金属板から構成され、前記第１の金属板及び前記第２の金属板は、前記多角形状の各長辺で前記中板とともに重ね合わせ溶接によって接合され、前記一対の長辺は、いずれも、前記中板の幅方向の中央位置における前記中板の板厚中心から前記第１の金属板における前記長辺の端点までの前記長辺の幅方向に沿う距離ｄ３ａ（ｍｍ）、及び、前記中板の幅方向の中央位置における前記中板の板厚中心から前記第２の金属板における前記長辺の端点までの前記長辺の幅方向に沿う距離ｄ３ｂ（ｍｍ）が下記（４）式を満足することを特徴とする前記［１］～［５］のいずれかの衝撃吸収部材。
　　０．５≦（ｄ３ａ／ｔ１ａ）／（ｄ３ｂ／ｔ１ｂ）≦２　・・・（４）
　ただし、ｔ１ａ（ｍｍ）は第１の金属板の板厚、ｔ１ｂ（ｍｍ）は第２の金属板の板厚である。
　［７］前記本体を構成する金属板は、引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする前記［１］～［６］のいずれかの衝撃吸収部材。
　［８］前記中板を構成する金属板のヤング率が１８０ＧＰａ以上であることを特徴とする前記［１］～［７］のいずれかの衝撃吸収部材。
　［９］自動車のクラシュボックス、又はフロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、サイドシル、若しくはフロアクロスメンバーであることを特徴とする前記［１］～［８］のいずれかの衝撃吸収部材。
　本発明の衝撃吸収部材は、中板の両側で位相が異なる座屈変形が発生し、その変形の振幅が小さくなるとともに波長が短くなる。これにより、衝撃吸収部材の吸収エネルギーが増加するのみならず、単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させることができる。したがって、本体の板厚を薄くした場合でも、吸収エネルギーを確保することができ、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化を行うことが可能となる。
図１は、自動車における骨格部材及びクラッシュボックスの配置を模式的に示す斜視図である。 図２は、本発明の衝撃吸収部材の構成例を示す模式図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 図３は、中板の板厚を変化させた場合の本体の板厚と単位質量当たりの吸収エネルギーとの関係を示す図である。 図４は、本体が１枚の金属板からなる場合の別の構成例を示す断面図であり、同図（ａ）は、中板の直線状部が本体の長辺に対して非垂直である構成例を示し、同図（ｂ）は、本体が台形状である構成例を示す。 図５は、本体が２枚の金属板からなる場合の構成例を模式的に示す断面図である。 図６は、実施例の荷重と変位（軸方向変位）との関係を示す図である。 図７は、比較例１及び比較例２における衝撃吸収部材の長辺面におけるＸ方向の変位を示す図である。 図８は、本発明例１及び比較例２における衝撃吸収部材の長辺面におけるＸ方向の変位を示す図である。
　以下に、本実施形態の衝撃吸収部材について、図面を参照しながら説明する。
　図２は、本発明の衝撃吸収部材の構成例を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。図２に示す衝撃吸収部材１０は、本体２０と、中板３０とを備える。
　本体２０は、軸方向と垂直な断面での形状が多角形状である。図２（ｂ）に示す本体２０は、断面形状が四角形状である。本体２０は断面形状が閉じており、筒状である。
　多角形状の各辺は、直線状であり、隣り合う辺と円弧で接続されている。また、多角形状は、互いに対向する一対の長辺を有する。ここで、長辺とは、多角形状の各辺のうち、最も長い辺のことをいう。図２（ｂ）に示す本体２０の多角形状では、第１長辺２０ａ及び第２長辺２０ｂが一対の長辺に該当する。第１長辺２０ａ及び第２長辺２０ｂは、それら以外の辺と比べ、長い。
　長辺において、金属板は連続している必要はなく、途中に接続部を含んでもよい。図２（ｂ）では、第２長辺２０ｂは連続した金属板からなるが、第１長辺２０ａは、金属板が長辺上で連続しておらず、途中に接続部を含む。本発明の多角形状は、このような構成でもかまわない。
　中板３０は、本体２０内の中空部に軸方向に沿って設けられる。その中板３０は、本体２０と接合される２箇所の縁部と、それらの両縁部間に設けられる直線状部とを有し、両縁部と直線状部とは、それぞれ円弧で接続される。
　また、中板３０は、本体の多角形状の各長辺（２０ａ、２０ｂ）に接合される。具体的には、本体２０が形成する多角形状の第１長辺２０ａの中間から第２長辺２０ｂの中間に至るように設けられる。図２（ｂ）に示す衝撃吸収部材では、中板３０の両縁部が、多角形状の第１長辺２０ａの中間及び多角形状の第２長辺２０ｂの中間で、本体２０と重ね合わされて溶接される。
　このような構成例を採用できる本実施形態の衝撃吸収部材では、本体２０の板厚は２．３ｍｍ以下であり、中板３０の板厚は、本体２０の板厚より厚い。
　中板３０の板厚を本体２０の板厚より厚くすることにより、衝撃吸収部材に衝撃荷重が加わった際の本体の面外変形を抑え、連続的な座屈変形を生じさせることができるので、本体２０の板厚を薄くしても、吸収エネルギーを大きくすることができる。
　図３は、中板の板厚を変化させた場合の本体の板厚と単位質量当たりの吸収エネルギーとの関係を示す図である。図３における中板の板厚が２ｍｍの場合は、その試験を後述の実施例の本発明例に準拠して行った。また、中板の板厚が１ｍｍの場合は、その試験を後述の実施例の比較例１に準拠して行った。中板なしの場合は、その試験を、中板を設けることなく、後述の実施例の比較例２に準拠して行った。いずれの場合でも、本体の板厚を０．８～２．０ｍｍの範囲で変化させた。図３に示す単位質量当たりの吸収エネルギー（単位なし）は、単位質量当たりの吸収エネルギー（ｋJ／ｋｇ）を、本体の板厚を０．８ｍｍとし、中板を設けない場合の単位質量当たりの吸収エネルギー（ｋＪ／ｋｇ）で除したものである。すなわち、本体の板厚を０．８ｍｍとし、中板を設けない場合の単位質量当たりの吸収エネルギーを基準とし、相対値で示す。
　図３から、単位質量当たりの吸収エネルギーは、中板の板厚によって変化することが分かる。具体的には、中板の板厚が厚いほど、単位質量当たりの吸収エネルギーが大きくなる。すなわち、中板の板厚を増加させれば、単位質量当たりの吸収エネルギーを向上させることができる。
　しかしながら、中板の板厚が増加すると衝撃吸収部材の質量が大きくなるので、質量の増加と吸収エネルギーの向上のバランスを考慮して本体と中板の板厚を決めればよい。質量の増加と吸収エネルギーの向上のバランスを考慮すると、本体の板厚ｔ１、中板の板厚ｔ２が、下記（１）式を満足することが好ましい。
　　１．３×ｔ１≦ｔ２　・・・（１）
　続いて、本実施形態の衝撃吸収部材の変形挙動を、従来の衝撃吸収部材の変形挙動と対比しつつ説明する。
　本実施形態の衝撃吸収部材は、軸方向に蛇腹状に縮むような周期的な座屈変形により、衝撃荷重を吸収する。具体的には、図２に示す衝撃吸収部材であれば、中板との接合部（重ね合わせ溶接部）を含む本体の長辺（面、符号：２０ａ、２０ｂ）が、その長辺（面）と垂直な方向（図２のＸ方向）に変位が生じるように変形することにより、蛇腹状に変形する。
　図７は、従来の衝撃吸収部材の長辺面におけるＸ方向の変位を示す図であり、後述の比較例１の試験結果を示す図である。比較例１では、本体の板厚を０．８ｍｍ、中板の板厚を１．０ｍｍと、本体の板厚と中板の板厚とを同程度とした。図７には、比較例２の試験結果を併せて示している。比較例２は、中板を設けなかった例である。図７に示すＸ方向変位は、長辺面における変位であり、その長辺面のうちで中板の両側（図２（ａ）のＰ１及びＰ２）についてそれぞれ示している。
　図７に示すように、従来の衝撃吸収部材（比較例１）では、変位による波形（座屈の周期）が中板の両側（Ｐ１、Ｐ２）で同位相となる。ここで、従来の衝撃吸収部材では、中板の板厚が本体の板厚より、薄い又は同程度である。このため、中板の剛性が本体の剛性と比べて低くなり、その結果、変位による波形が中板の両側で同位相となる。
　また、中板は、本体の長辺面に追従するように変形する。このため、従来の衝撃吸収部材では、中板を設けていない場合（図７の比較例２）と、波長が同程度となる。その結果、中板を設けることにより吸収エネルギーは増加するが、単位質量当たりの吸収エネルギーは概ね変化しない。
　なお、比較例１は、本体の板厚が０．８ｍｍ、中板の板厚が１．０ｍｍであり、厳密には、中板の板厚は、本体の板厚と比べて僅かに厚い。このように中板の板厚が本体の板厚と同程度の場合の変形挙動は、試験結果を省略するが、従来の衝撃吸収部材、すなわち、中板の板厚が本体の板厚と比べて薄い場合及び中板の板厚が本体の板厚と同じである場合と同様である。
　図８は、本発明に係る衝撃吸収部材におけるＸ方向の変位を示す図であり、後述の本発明例１の試験結果を示す図である。本発明例１では、本体の板厚を０．８ｍｍ、中板の板厚を２．０ｍｍと、中板の板厚を本体より厚くした。図８には、比較例２の試験結果を併せて示している。比較例２は、中板を設けなかった例である。図８に示すＸ方向変位は、本体の長辺面における変位であり、その長辺面のうちで中板の両側（図２（ａ）のＰ１及びＰ２）についてそれぞれ示している。
　図８に示すように、本実施形態の衝撃吸収部材では、変位による波形の一部が中板の両側で逆位相となる。これは、本実施形態の衝撃吸収部材では、中板の板厚が本体の板厚より厚いことから、中板の剛性が高いことによる。
　このため、中板は、本体の長辺面に追従するように変形するが、その変形は大幅に低減される。この場合、本体の長辺面は、中板の両側でそれぞれ独立して変形することが可能となる。その結果、本体の長辺面の一部は、中板の両側で逆位相となるように変形する。また、中板を設けていない場合（図８の比較例２）と比べ、変位による波形の振幅が小さくなるとともに波長が短くなる。これらから、本実施形態の衝撃吸収部材は、吸収エネルギーが増加するのみならず、単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させることができる。
　このように、本実施形態の衝撃吸収部材は、単位質量当たりの吸収エネルギーも増加させることができるので、本体の板厚を薄くした場合でも、吸収エネルギーを確保することができる。このため、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化を行うことが可能となる。
　本体２０の板厚ｔ１及び中板３０の板厚ｔ２が前記（１）式を満足すれば、すなわち、板厚ｔ２が（１．３×ｔ１）以上であれば、本体に対する中板の剛性を確保できる。このため、図８を参照しながら説明したような変形挙動が発生し、吸収エネルギーが増加するのみならず、単位質量当たりの吸収エネルギーも増加させることができる。この単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させる効果を向上させる観点から、板厚ｔ２は（１．４×ｔ１）以上とするのが好ましく、（１．５×ｔ１）以上とするのがより好ましい。
　一方、中板の板厚を厚くすることによる効果は、板厚ｔ２が（８×ｔ１）を超えると飽和する傾向を有する。このため、板厚ｔ２は（８×ｔ１）以下とするのが好ましく、（５×ｔ１）以下とするのがより好ましい。
　図３を用いて説明したとおり、本体の板厚が薄いほど、中板の板厚増加によって単位質量当たりの吸収エネルギーが向上する効果が大きい。部品の軽量化の観点から、本体の板厚は、２．３ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましく、１．６ｍｍ以下がさらに好ましい。
　本体は、軸方向と垂直な断面での形状が多角形状である。例えば、前述の構成例のように四角形状とすることができる。四角形状とする場合、矩形状や台形状、平行四辺形状としてもよい。また、四角形状以外の多角形状とすることができ、例えば、六角形状としてもよい。
　一対の長辺（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも、長辺の幅Ｗ１（ｍｍ）が下記（２）式を満足するのが好ましい（図２（ｂ）参照）。本実施形態において、「長辺の幅Ｗ１」は、稜線部を除いた直線状の部分の長さを意味する。
　　Ｗ１／ｔ１≦２０　・・・（２）
　本体の一対の長辺は、いずれも、中板が接合される。それらの長辺の幅Ｗ１が、いずれも、本体の板厚ｔ１に対する割合（Ｗ１／ｔ１）で２０以上であれば、本体の長辺面が変形する際に中板の両側でそれぞれ独立して変形するための幅が十分に確保できる。このため、本実施形態による単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させる効果が安定する。その効果をより安定させる観点から、Ｗ１／ｔ１は、２５以上とするのがより好ましい。
　一方、Ｗ１／ｔ１は、２００を超えると、単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させる効果が飽和する。このため、Ｗ１／ｔ１は、２００以下とするのが好ましい。
　本体と中板との接合は、衝突時に本体と中板とが分離することなく、一体で変形できる限り、種々の方法により行うことができ、例えば、重ね合わせ溶接を採用できる。この場合、例えば、連続溶接や所定ピッチでのスポット溶接を採用できる。
　本体は、例えば、単一の金属板から作製することができる。この場合、金属板を断面が多角形状になるように折り曲げ、前記図２に示すように、その両端を中板とともに重ね合わせ溶接すればよい。
　このように本体２０が一枚の金属板からなるとともに、重ね合わせ溶接で接合する場合、一対の長辺（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも、中板３０の幅方向の中央位置における中板３０の板厚中心Ｃから長辺（２０ａ、２０ｂ）の両端点までの長辺（２０ａ、２０ｂ）の幅方向に沿う距離ｄ１ａ（ｍｍ）及びｄ１ｂ（ｍｍ）が下記（３）式を満足するのが好ましい。
　　０．５≦ｄ１ａ／ｄ１ｂ≦２　・・・（３）
　ｄ１ａ（ｍｍ）及びｄ１ｂ（ｍｍ）について、中板の直線状部が本体の長辺に対して非垂直である構成例や本体が台形状である構成例を参照しながら説明する。
　図４は、本体が１枚の金属板からなる場合の別の構成例を示す断面図であり、（ａ）は、中板の直線状部が本体の長辺に対して非垂直である構成例、（ｂ）は、本体が台形状である構成例である。（ａ）に示す構成例では、本体２０の断面形状が矩形状である。一方、中板３０は、その直線状部が本体の長辺に対して非垂直である。（ｂ）に示す構成例では、本体が台形状であり、中板３０が、その直線状部が本体の長辺に対して非垂直である。
　図２（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、距離ｄ１ａ及び距離ｄ１ｂは、中板３０の幅方向の中央位置における中板３０の板厚中心Ｃから長辺（２０ａ、２０ｂ）の両端点までの距離である。このような距離ｄ１ａ及び距離ｄ１ｂは、いずれも、長辺（２０ａ、２０ｂ）の幅方向の距離である。換言すると、距離ｄ１ａ及び距離ｄ１ｂは、中板３０の幅方向の中央位置における中板３０の板厚中心Ｃから長辺（２０ａ、２０ｂ）の板厚中心線へ垂線を下ろし、その垂線と長辺（２０ａ、２０ｂ）の板厚中心線との交点から長辺（２０ａ、２０ｂ）の両端点までの直線距離である。
　本実施形態において、「中板の幅方向の中央位置」は、中板のうちで直線状部の幅方向の中央位置を意味する。また、本実施形態において、「長辺の端点」は、稜線部を除いた直線状の部分の端点を意味する。
　（３）式を満足することにより、本体の長辺に関する距離（ｄ１ａ、ｄ１ｂ）がいずれも好適となり、本体の長辺面が変形する際に中板の両側でそれぞれ独立して変形するための幅が十分に確保できる。このため、本実施形態による単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させる効果が安定する。
　本体は、２枚の金属板を重ね合わせ溶接することによって作製することもでき、この場合、２枚の金属板の板厚が異なってもよい。
　図５は、本体が２枚の金属板からなる場合の構成例を模式的に示す断面図である。図５に示す本体２０は、第１の金属板２１と第２の金属板２２とからなる。第１の金属板２１は、多角形状の一部となり、第２の金属板２２は、多角形状の残部となる。換言すると、本体２０は、各長辺（２０ａ、２０ｂ）の中間で、すなわち、中板３０が溶接される部位で、第１の金属板２１と第２の金属板２２の２つに分割される。このため、重ね合わせ溶接される部位では、本体の第１の金属板２１および第２の金属板２２が、中板３０とともに重ね合わせられた状態で溶接される。
　このように本体が重ね合わせ溶接された２枚の金属板からなり、かつ、２枚の金属板の板厚が異なる場合、前述の本実施形態の変形挙動を得るために、２枚の金属板のいずれの板厚も（１）式を満足する必要がある。また、中板の板厚ｔ２は、本体の２枚の金属板のいずれに対しても、（１.４×ｔ１）以上であるのが好ましく、（１.５×ｔ１）以上であるのがより好ましい。一方、中板の板厚ｔ２は、本体の２枚の金属板のいずれに対しても、（８×ｔ１）以下であるのが好ましく、（５×ｔ１）以下であるのがより好ましい。さらに、本体は、２枚の金属板のいずれの板厚も、２．３ｍｍ以下であるのが好ましく、１．６ｍｍ以下であるのがより好ましい。
　本体が重ね合わせ溶接された２枚の金属板からなる場合、一対の長辺（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも、距離ｄ３ａ（ｍｍ）及び距離ｄ３ｂ（ｍｍ）が下記（４）式を満足するのが好ましい。ここで、距離ｄ３ａは、中板３０の幅方向の中央位置における中板３０の板厚中心から第１の金属板２１における長辺（２０ａ、２０ｂ）の端点までの距離である。また、距離ｄ３ｂは、中板３０の幅方向の中央位置における中板３０の板厚中心から第２の金属板２２における長辺（２０ａ、２０ｂ）の端点までの距離である。これら距離ｄ３ａおよび距離ｄ３ｂは、いずれも、長辺（２０ａ、２０ｂ）の幅方向の距離である（図５参照）。
　　０．５≦（ｄ３ａ／ｔ１ａ）／（ｄ３ｂ／ｔ１ｂ）≦２　・・・（４）
　（４）式を満足することにより、本体の長辺に関する距離（ｄ３ａ、ｄ３ｂ）がいずれも好適となり、本体の長辺面が変形する際に中板の両側でそれぞれ独立して変形するための幅が十分に確保できる。このため、本実施形態による単位質量当たりの吸収エネルギーを増加させる効果が安定する。
　本体に使用される金属板は、特に限定されるものではない。本体として引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼板を使用すると、自動車用の衝撃吸収部材として用いる場合に、強度面から有利であり、引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板を用いると、さらに有利である。
　中板に使用される金属板は、特に限定されるものではない。中板としてヤング率１８０ＧＰａ以上の金属板を使用すると、本体の面外変形を抑制する上で好ましい。
　本実施形態の衝撃吸収部材は、自動車や鉄道、船舶等の輸送機械における衝撃吸収部材として用いることができる。より具体的には、自動車の衝撃吸収部材として用いる場合であれば、クラッシュボックス又は骨格部材に用いることができる。骨格部材の場合、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、サイドシル又はフロアクロスメンバーに用いることができる。
　本実施形態の衝撃吸収部材による効果を確認するため、衝撃試験を行った。
　本試験では、落錘式衝撃試験を模擬した解析を行った。具体的には、図２に示す形状の衝撃吸収部材を、その軸方向を鉛直方向に沿って配置した状態で、質量７００ｋｇの衝突体を高さ１３．８ｍから落下させることにより、衝撃吸収部材の一端に衝突させた。その際、衝突体の軸方向の荷重と軸方向の変位とを算出し、荷重と変位との関係を求めた。また、衝撃試験後の衝撃吸収部材の長辺面うちの一方について、その溶接部を含む面と垂直な方向（Ｘ方向）の変位を求めた。Ｘ方向の変位は、中板の両側、具体的には、図２（ａ）のＰ１及びＰ２位置で求めた。
　衝撃吸収部材１０は、軸方向の長さを３００ｍｍとした。本体２０は、断面形状が矩形状であった。一対の長辺（２０ａ、２０ｂ）は、いずれも、Ｗ１が１２８ｍｍ、ｄ１ａが５６．６ｍｍ、ｄ１ｂが８３．４ｍｍ、対向する長辺間の距離を７０ｍｍとした。また、矩形状の長辺と短辺とを繋ぐ稜線部はいずれも半径６ｍｍの円弧とした。中板３０は、そのうちの本体２０の短辺と平行に配置される部分が、対向する短辺の中央に位置するように設けた。本体２０及び中板３０は、いずれも、引張強度が９８０ＭＰａ級の鋼板を用いた。
　本体２０と中板３０との溶接部は、スポット溶接を模擬した境界条件を設定し、より具体的には、直径５ｍｍのスポット溶接を４５ｍｍピッチで行った場合を模擬して境界条件を設定した。
　本発明例では、本体２０の板厚を０．８ｍｍ、中板３０の板厚を２ｍｍとした。比較例１では、本体２０の板厚を０．８ｍｍ、中板３０の板厚を１ｍｍとした。比較例２では、中板３０を設けることなく、本体２０の板厚を０．８ｍｍとした。
　図６は、実施例の荷重と変位（軸方向変位）との関係を示す図である。図６では、荷重（ｋＮ）を単位質量当たりの荷重（ｋＮ／ｋｇ）で示す。図６に示すように、変形初期で変位が１０ｍｍ程度未満の場合は、本発明例及び比較例で荷重が同程度であるが、変位が１０ｍｍ以上の場合は、本発明例の荷重が、比較例１及び２よりも大部分で高い。すなわち、本実施形態の衝撃吸収部材は、エネルギー吸収効率に優れることが明らかになった。
　図７は、比較例１及び比較例２における衝撃吸収部材の長辺面におけるＸ方向の変位を示す図である。図７より、比較例１では、変位による波形は、中板の両側で同位相であった。また、比較例１では、中板を設けない比較例２と、波長が同程度となった。
　図８は、本発明例１及び比較例２における衝撃吸収部材の長辺面におけるＸ方向の変位を示す図である。図８より、本発明例では、変位による波形の一部が、中板の両側で逆位相となった。また、中板を設けていない場合（図８の比較例２）と比べ、振幅が小さくなるとともに波長が短くなった。
　このように、本実施形態の衝撃吸収部材は、中板の両側で位相が異なる座屈変形が発生し、その変形の振幅が小さくなるとともに波長が短くなった。これにより、本実施形態の衝撃吸収部材は、エネルギー吸収効率が優れることが確認できた。
　本発明の衝撃吸収部材は、吸収エネルギーを確保しつつ軽量化できる。このため、自動車のクラッシュボックスや骨格部材に適用すれば、燃費の向上に大きく寄与することができる。
　１ａ、１ｂ　　クラッシュボックス
　２　　フロントサイドメンバー
　３　　リアサイドメンバー
　４、４’　　フロアクロスメンバー
　５　　バンパーリインフォースメント
　６　　センターピラー
　７　　サイドシル
　１０　　衝撃吸収部材
　１０ａ　　溶接位置
　２０　　本体
　２０ａ　　第１長辺
　２０ｂ　　第２長辺
　２１　　第１の金属板
　２２　　第２の金属板
　３０　　中板

Claims (9)

  1. 　軸方向に負荷される衝撃荷重を吸収する衝撃吸収部材あって、
    　上記衝撃吸収部材は、
    　金属板から構成され、上記軸方向と垂直な断面での形状が多角形状である本体と、
    　金属板から構成され、上記本体内の中空部に前記軸方向に沿って設けられる中板と
    を備え、
    　上記本体の上記多角形状は、互いに対向する一対の長辺を有し、
    　上記中板は、上記本体の上記多角形状の各長辺に接合され、
    　上記中板の板厚が上記本体の板厚よりも厚いことを特徴とする衝撃吸収部材。
  2. 　前記本体の板厚が２．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
  3. 　前記本体の板厚ｔ１（ｍｍ）、前記中板の板厚ｔ２（ｍｍ）が下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃吸収部材。
    　　１．３×ｔ１≦ｔ２　・・・（１）
  4. 　前記一対の長辺は、いずれも、前記長辺の幅Ｗ１（ｍｍ）が下記（２）式を満足することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
    　　Ｗ１／ｔ１≧２０　・・・（２）
  5. 　前記本体は、１枚の金属板からなり、
    　前記中板は、前記本体の前記多角形状の各長辺に重ね合わせ溶接によって接合され、
    　前記一対の長辺は、いずれも、前記中板の幅方向の中央位置における前記中板の板厚中心から前記長辺の両端点までの前記長辺の幅方向に沿う距離ｄ１ａ（ｍｍ）及びｄ１ｂ
    （ｍｍ）が下記（３）式を満足することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
    　　０．５≦ｄ１ａ／ｄ１ｂ≦２　・・・（３）
  6. 　前記本体は、前記多角形状の一部となる第１の金属板、及び、前記多角形状の残部となる第２の金属板から構成され、
    　前記第１の金属板及び前記第２の金属板は、前記多角形状の各長辺で前記中板とともに重ね合わせ溶接によって接合され、
    　前記一対の長辺は、いずれも、前記中板の幅方向の中央位置における前記中板の板厚中心から前記第１の金属板における前記長辺の端点までの前記長辺の幅方向に沿う距離ｄ３ａ（ｍｍ）、及び、前記中板の幅方向の中央位置における前記中板の板厚中心から前記第２の金属板における前記長辺の端点までの前記長辺の幅方向に沿う距離ｄ３ｂ（ｍｍ）が下記（４）式を満足することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の衝撃吸収部材。
    　　０．５≦（ｄ３ａ／ｔ１ａ）／（ｄ３ｂ／ｔ１ｂ）≦２　・・・（４）
    　ただし、ｔ１ａ（ｍｍ）は第１の金属板の板厚、ｔ１ｂ（ｍｍ）は第２の金属板の板厚である。
  7. 　前記本体を構成する金属板は、引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼板であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項の衝撃吸収部材。
  8. 　前記中板を構成する金属板のヤング率が１８０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項の衝撃吸収部材。
  9. 　自動車のクラシュボックス、又はフロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、サイドシル、若しくはフロアクロスメンバーであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項の衝撃吸収部材。
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